2019电赛总结(序）_电赛报告

2019电赛总结（序）

1 序

鄙人于某工大集成电路设计专业就学，但电子基础不佳，也是第一次写blog，希望能以blog这样的方式回望过去的一点一滴，将这份记忆留存下来，给以后的自己看，给有需要的同学们看。不忘过去，从失败里获取教训和经验，成为更好的自己。

本人自2018年9月起断断续续学了一段89C51单片机（起初是用的普中，后来进了一个电子实验室开始爱上清翔），水平大致能自己写个LCD1602，ds1302的样子，把基本的定时器摸得差不多，但是巧了：不会外部中断、串口通信、I2C。如果从头来的话，我会把这些基本的中断、协议摸清楚自己再做一遍。这些协议不止用于51，32单片机里，对于arm，RISC-V，FPGA，都是会重复接触到的东西，只要还在嵌入式的范围之内，学会了总没错。

因为自己学单片机没有人指导，也没有按教程来，所以学的很乱，该学的精髓没学，反而像显示器LCD之类的外设自己死磕，其实并没有必要自己写，拿到源码之后能修改、为自己所用就好了。其实很多东西自己写并不是最好的，别人的公开的东西都是经过验证磨炼的，不易出错。对于学一门技能而言，会灵活应用就行了，毕竟大学生有太多的其他事情，能留出的时间不多，在这一点点的时间里当然要有最大的收获。如果决心以后想做硬件工程师，那的确应该把每个器件都摸一遍自己写一遍。

2 嵌入式与单片机省赛落败

在之后的很长一段时间里，都是断断续续在学单片机，也参加了安徽省的单片机竞赛，由于自己太菜所以没有获奖。那，说明一下自己的情况，高中从未参加过竞赛，对电子类一无所知；大一仅学过几个课时的C语言，和大众一样，不知道单片机，也不知道嵌入式为何物。大一浑浑噩噩过去了，拆了几次电脑，在小部门里打个杂，混混排球队，写了篇小说，跟着学长搞搞项目最后入股搞了一个创业公司。大二，和其他的工科生一样，每个周都是各种课，除了周三下午有点时间，其他时间排满了课程，各种作业和报告，还要复习功课，毕竟对数电有点意思。再加上，实验室由于个人的主动，越来越多的事情担在我身上：组织学校的单片机比赛进行，筹备物资，整理实验室资源等。单片机自然是落下了，代码也没怎么写，忘得比学的快，即便在比赛的四个钟头里思路很完整清晰，但是却无法用单片机实现，C语言就像客人一样，不能随心所用。赛后，极其感伤。一是配合不佳，两个人默契为0，二是都基础不够，无法应对硬件驱动问题，三是写代码没有灵魂，不能心想事成。这些问题都来源于少锻炼，不能将实际问题模型化，遇到数学实现问题（数据存储排序滤波之类）都绕过不谈。

3 电赛启航

省级大学生创新创业项目落空，半期考试也遇挫折，单片机竞赛更是脸面无存，于是，在2019年的5月。本来不打算参加电子设计竞赛我，毅然踏上了征程。队友还是单片机的队友，来自于机械专业他，心里也是不甘。最开始的选题是想做仪表类的作品，因为自己正好有门课在学fpga，想借此机会，更好地学fpga，也更好的完成电赛。但第三个队友就很迷了。第一次找到的队友，斗志不强，把比赛当做业余，投入时间很少。虽然他高中曾用arduino单片机拿过一些奖项，但是对于电赛通常都是用STM32或者K60，MSP430实现的。所以最后劝退了队友。第二次找到的队友是和我一个专业的同学，因为他也是实验室的成员，所以就想到了他。

由于实验室有个大佬去年模拟国赛拿了二等奖，所以十分崇拜，他让我们做控制类，说控制类简单（所以我们就入坑了——但是大佬比赛的时候居然不做控制！我们一直以为能跟着大佬做题，怎么也混口汤喝，拿个省三国二什么的……） 我们的选题也从仪器变成了控制。对于仪器题目，自己做心里没准，可能打水漂什么奖都没有所以就放弃了，现在看来，很不可取！任何题目，只要认真付出、努力去实践学习，一定能有所收获。并且每年做控制类的队伍太多（控制类是最容易入门的，所以专业性不强的同学也加入了进来）仪器什么题目还是相对容易拿奖的，省三总比成功参赛好吧。

起初，开了两次会，确定了做控制类题目。也大致划分了任务。控制类的核心是pid算法，对于当时一脸懵的我，还是咬紧牙接过任务。这一次，我担任了队长。（其实我不应该当队长，这点后面再说）

这里插一曲小故事。大学一路过来很多事情越发让我感觉到如果自己不百分百参与进去，这件事情就做不好：（数字电路的课程设计三人一组，从multisim电路搭建仿真调试成功，到答辩，搭建电路（几百根导线），完成不了功能，开始找问题，80%都是我在做。这也感谢实验室里对动手能力的培养，工程解决问题能力的学习。）（这个课程设计里很重要的经验，也是初入电子世界的同学们一定要注意的点：两个开发板、工具箱一定要共地！电机供电一定要和开发板分开、且共地：电机需要的电流很大！在使用元器件（74LSxx,电容电阻，包括杜邦线)一定要检查是否ok，买的变压器是否变压符合要求，电阻阻值是多少，杜邦线断没有，什么样的导线能承载多大的电压电流。）

我们三个人对STM32都是白痴，这时候已经5.20之后，我下定决心在月底学完32基础的部分（库函数版本）。于是每天吃饭、睡前都是B站正点原子战舰版视频。我完全抛开了所有的课程，陷入了自己的世界里，实验课也没有去，可能是代签，也可能随意不签到，每天就泡在实验室里学32。一天入门GPIO，输出（LED,BEEP），第二天看GPIO输入（KEY)，第三天看中断NVIC，外部中断，第四天看定时器，第五天看pwm输出，第六、七天看输入捕获，每一天都跟着视频调用库函数，配置各种参数，查查手册（一个是原子的开发指南，一个是中文参考手册，还有什么英文的忘掉了，去CSDN上看看大佬们的代码，学习配置函数）就视频半个小时绝对是不够的，（视频跳掉了很多过程）实际操作下来，起码要3~4个小时。并且这些只是复现了视频里的实验要求和功能，变换了要求自己还是不会。

4 PID简述

      于是6月初,一边刷知乎、CSDN看往届的学长们怎么参加电赛（一个月做好一辆小车，完善各种功能最后拿下果酱）一边考虑做一个小东西出来吧。于是盯上了实验室里废弃的小车，同学丙开始做硬件搭小车（说来挺挫，小车都不会玩，还是去CSDN上下载的源码学习）我开始研习PID算法，这时候已经6月初，在B站上刷了PID基础讲解.

     基本上理解之后，又拿了大佬学长给的一堆PID资源开始逐个观看（事实上，大佬学长只是收集了资料，绝对没有关注是不是好资料）光是看那不行啊，于是自己参照一个PDF文件开始学着写PID。PID算法C语言版链接.这样写的pid算法可以直接在VC6.0上跑（当然各位大佬可以在vs上跑，我太菜），能体验到数学公式实实在在变成代码的成就感。这份PDF上讲了很多东西，但是对于电赛基本的位置式、增量式PID就够了，想冲国一的大佬应该考虑模糊PID算法，那个调节是非常的快、稳、狠！这份C语言版的PID，缺点在于他的输入是系统给的，是一个非常理想的数据。

     而实际上，输入应该是传感器（比如超声波SR-04，激光，霍尔编码电机，陀螺仪MPU6050等）这些输入值值需要根据香农采样定理（我也不懂）进行采样，一般是设置一个定时器，固定多少ms执行这个采样函数，更新一次采样值输入PID的结构体里去。（采样间隔越短，输入越逼真，但是对单片机低速处理困难）（风力摆MPU6050用了20ms,板球用了50ms（这个取决于摄像头的帧数50ms=20帧）,激光超声波大概100ms采样一次）（采样定时器的抢占优先级低，响应优先级随意）后续会跟进附上代码。

      另外一个就是执行单元的时间，舵机是20ms(50Hz)的pwm输出，空心杯电机是5ms。这个时间大于执行单元（电机）完成相应的运动需要的时间。也就是说，如果要求小球运动1cm,平均速度为100cm/s，那么20ms就能跑2cm，是能够满足要求的。但是，2cm就是这个运动系统的最小精度，每20ms才能修改一次运动方向。如果要修改精度，就需要控制木板的角度从而控制小球加速度a，从而控制平均速度。精度越小，模拟出运动的轨迹就越逼真。

     PID算法是将当前的采样值和上一次的采样值做比较，比如要求去5cm，上次在1cm，过了20ms，这次在2cm处，P项=3，I项=x，D项=1，输出=KpP项+KiI项+Kd*D项，如果系数K都是1，忽略I项的影响：即PD系统，输出为4，那么这个4将作为电压反应到pwm输出上，一般是把这个4当作定时器的比较值compare，和设置的arr(定时器重装值）构成了pwm的占空比。如果设置的重装值是10，那么pwm=40%。这个pwm将反应到电机上。如果是电机将以40%的转速（事实上并不完全线性）执行，来到达目标5cm。 电机带动系统在20ms内能移动多远，需要大致估算一下。满速都达不到要求的话，可能就凉了，该换方案了。精度也需要考虑进去。 这个过程中一定要考虑的是，这个输出4能不能满足要求。你要这个时间段20ms做这件事情，但是电机没有完成，所以需要用I项去弥补，或者合理放慢执行单元的时间。

     PID算法连接了传感器输入和电机输出，是一个闭环的操作。考验同学们的，是三个系数的运用。p能更快，i能补充（如果达到目标很慢，他就会发挥作用），d能提前预判刹车，避免超调，也是维持静态动作的利器。但是简单的pid一定是不够的，简单决定了他作用有限，模糊pid是真的强。

5 那之后

电赛总结（一）

电赛的一些经验

     队长最好是做硬件的同学担任。硬件决定了软件的上限，硬件队长能很好把控整个项目的实际情况和进度，软件同学只能在硬件的基础上进行实现，而不能超前，否则硬件达不到，软件代码白写（比赛第一天定下方案后软硬件同时进行，但是软件也只是大体框架的搭建）。队长以外的两个同学负责软件编写、机械结构、论文。软件部分，比赛前要多做题目，这样就能把常用的硬件驱动代码提前准备好，同时也能多了解算法的灵魂所在。数学公式到C语言单片机实现，其实是一件很困难的事情。只有灵活调动C语言为自己的大脑所用，想要什么功能就能实现什么，和代码合二为一，才算是一个合格的参赛选手。机械结构看实验室的条件了，可以提前买一些万向轮，水管，木条、木板，亚克力板之类的，方便加工。硬件部分就是一句话：多看原理图，多焊接电路！焊的多了，也就有感觉了。很多情况就能从容应对，也不至于测评时出现虚焊脱焊的问题。硬件要提前买好，一定要买三份！比赛的时候顺丰包邮可能都来不及！（容易买断货）

电赛官方培训视频链接.